ATP4B 在胃癌發(fā)生發(fā)展中的作用及診治研究進(jìn)展

馬秀雯，閆丹措，王學(xué)紅

1 青海大學(xué)研究生院，西寧 810016；2 青海大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科

胃癌是一種嚴(yán)重影響人類生命健康的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，根據(jù)2020 年全球癌癥統(tǒng)計報告，2020 年全球胃癌新發(fā)病例108.9萬例，死亡病例76.9萬例，分別位列所有癌癥發(fā)病率和病死率的第五位和第四位［1］。胃癌的病死率與診斷時其所處的疾病階段密切相關(guān)，早期患者手術(shù)治療是有效的手段，但由于胃癌發(fā)病隱匿，很多患者發(fā)現(xiàn)時已失去手術(shù)機(jī)會，我國胃癌患者確診后的5 年生存率為20%~60%［2］。因此，胃癌的早期診斷和早期治療是降低胃癌病死率的關(guān)鍵。胃H+-K+-ATP酶亦稱胃質(zhì)子泵，是由α亞基和β兩個亞基構(gòu)成的異二聚體，α亞基和β亞基分別由人類染色體19q13 上的ATP4A 基因和13q34 上的ATP4B 基因編碼，ATP4A 扮演管家基因角色，除了在胃中表達(dá)以外，還在腎上腺、胰腺、小腦等多種組織廣泛表達(dá)，而ATP4B 具有組織和細(xì)胞特異性，主要在胃黏膜中表達(dá)［3］。研究報道，ATP4B 在胃癌組織和細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，且在胃黏膜惡變過程中呈逐漸下降趨勢，胃黏膜中ATP4B 的表達(dá)減少是胃黏膜惡性轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素［4］。但關(guān)于ATP4B在胃癌發(fā)生發(fā)展過程中的具體機(jī)制目前尚不清楚。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，ATP4B 基因內(nèi)區(qū)域發(fā)生DNA 過甲基化和組蛋白低乙酰化導(dǎo)致其在胃癌中表達(dá)下調(diào)［5］。胃癌中ATP4B 基因下調(diào)可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長、增殖、侵襲及抑制細(xì)胞凋亡，且與胃癌患者的不良預(yù)后密切相關(guān)，恢復(fù)ATP4B 表達(dá)可通過改變細(xì)胞能量代謝和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)揮抑癌作用［6］。ATP4B 可能是胃癌診斷和治療的潛在關(guān)鍵靶點，胃癌和癌前病變患者血清中ATP4B 抗體升高，可作為評估胃黏膜萎縮不全的重要生物標(biāo)志物［7］。胃癌中ATP4B過表達(dá)可增加化療藥物對胃癌細(xì)胞的敏感性從而增強(qiáng)抗瘤效應(yīng)。現(xiàn)就ATP4B 在胃癌發(fā)生發(fā)展中的作用及診治研究進(jìn)展作一綜述，為胃癌的發(fā)病機(jī)制提供新的方向。

1 ATP4B的結(jié)構(gòu)和功能

胃H+-K+-ATP 酶位于壁細(xì)胞，可在組胺、胃泌素及乙酰膽堿等激素的刺激下，通過自身的磷酸化與去磷酸化的構(gòu)象改變，利用ATP 水解產(chǎn)生的能量，將H+從壁細(xì)胞內(nèi)輸送至胃腔，并將K+從胃腔轉(zhuǎn)運(yùn)到壁細(xì)胞，完成H+/K+跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，維持胃酸的正常分泌［8］。H+-K+-ATP 酶由α 和β 兩個亞基構(gòu)成，α 亞基包含1 033~1 035個氨基酸，主要負(fù)責(zé)催化ATP 酶和H+/K+的跨膜運(yùn)輸，β 亞基由293 個氨基酸組成，有6或7個糖基化位點，主要功能是維持H+-K+-ATP酶活性并輔助α 亞基發(fā)揮泌酸作用［9］。ATP4A 和ATP4B的酸分泌對壁細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)重要，使用抑酸劑抑制H+-K+-ATP 酶可減少胃酸的產(chǎn)生，酸分泌減少會促進(jìn)壁細(xì)胞變性，加劇胃黏膜萎縮［10］。ATP4A 和ATP4B 在調(diào)控細(xì)胞能量代謝、細(xì)胞凋亡、增殖及分化等腫瘤形成過程中發(fā)揮重要作用［6，11］。

2 ATP4B在胃癌中表達(dá)失調(diào)的機(jī)制

ATP4B 在胃癌中發(fā)揮抑癌基因作用，通過抑制細(xì)胞的生長、增殖和細(xì)胞分化，對腫瘤的發(fā)生起到負(fù)向調(diào)節(jié)作用，當(dāng)其表達(dá)下調(diào)時，可引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，促進(jìn)胃癌的發(fā)生。高通量測序技術(shù)主要用于識別人類特定疾病的潛在生物標(biāo)志物，尤其在腫瘤中的應(yīng)用更為廣泛。近年來，多項研究通過高通量測序技術(shù)來篩選鑒定胃癌候選生物標(biāo)志物及相關(guān)基因特征時發(fā)現(xiàn)，ATP4B 可以作為胃癌診療中具有前景的生物標(biāo)志物。ATP4B 在正常組織和胃癌組織中具有明顯的表達(dá)差異，相較于正常組織，ATP4B 蛋白及ATP4B mRNA 在胃癌中表達(dá)顯著下降，可明顯區(qū)分正常組織和胃黏膜組織，在胃癌診斷中起重要作用［12］。目前，ATP4B 在胃癌中表達(dá)下調(diào)的具體機(jī)制尚不清楚。有學(xué)者認(rèn)為，ATP4B 通過表觀遺傳修飾參與了這一過程。表觀遺傳學(xué)是指基因的核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)方式發(fā)生變化的一種遺傳方式，其在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，包括DNA 甲基化、組蛋白乙酰化、染色體重塑和非編碼RNA 調(diào)控等［13］。既往研究表明，胃癌細(xì)胞中ATP4B mRNA 的表達(dá)下調(diào)與ATP4B 基因內(nèi)區(qū)域的外顯子1 發(fā)生過甲基化有關(guān)，并且ATP4B mRNA 的表達(dá)與DNA 甲基化水平呈明顯負(fù)相關(guān)［14］。

在另一項研究也中得出相同結(jié)論，人類胃癌組織和細(xì)胞中ATP4B 表達(dá)下調(diào)伴隨基因內(nèi)區(qū)域DNA 高甲基化和組蛋白低乙酰化，而經(jīng)DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-脫氧胞苷（5-AZA）和組蛋白去乙酰化酶抑制劑曲古霉素A（TSA）處理的胃癌細(xì)胞中ATP4B 的表達(dá)恢復(fù)正常［5］，這一結(jié)果證實ATP4B 表達(dá)下調(diào)與表觀遺傳修飾密切相關(guān)。啟動子區(qū)域高甲基化導(dǎo)致抑癌基因沉默是一個明確的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志，胃癌中ATP4B 基因內(nèi)區(qū)域DNA 高甲基化和組蛋白低乙酰化修飾同時發(fā)生促使抑癌基因ATP4B 表達(dá)沉默［15］。因此，ATP4B 基因內(nèi)區(qū)域的表觀遺傳改變有望成為未來開發(fā)胃癌診斷的重要生物標(biāo)記物，對胃癌的早期診斷具有重要意義。

3 ATP4B在胃癌發(fā)生發(fā)展中的作用

3.1 ATP4B 通過調(diào)節(jié)能量代謝參與胃癌發(fā)生ATP4B 是壁細(xì)胞發(fā)揮正常泌酸功能的關(guān)鍵，壁細(xì)胞中含有豐富的線粒體，這些線粒體具有控制能量的產(chǎn)生、傳遞電子呼吸鏈、調(diào)節(jié)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞凋亡的作用［16］。胃癌組織和細(xì)胞中ATP4B 表達(dá)降低與腫瘤低分化狀態(tài)、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、TNM 分期及胃癌患者的不良預(yù)后相關(guān)，恢復(fù)ATP4B 的表達(dá)可顯著抑制癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲［11］。腫瘤細(xì)胞的快速增殖需大量的能量支持，這種情況下，癌細(xì)胞可改變代謝模式以補(bǔ)償線粒體代謝功能紊亂對其產(chǎn)生的不利影響，滿足腫瘤細(xì)胞快速生長及惡性增殖所需的物質(zhì)和能量需求，此過程稱為代謝重編程［17］。有氧糖酵解（Warburg 效應(yīng)）是代謝重編程中的一種主要形式，Warburg 效應(yīng)是在有氧的情況下向糖酵解轉(zhuǎn)變的細(xì)胞代謝模式，癌細(xì)胞在有氧條件下進(jìn)行高效糖酵解，這種效應(yīng)與癌細(xì)胞的生長、侵襲、轉(zhuǎn)移、耐藥和不良預(yù)后密切相關(guān)［18］。Warburg 效應(yīng)被認(rèn)為是很多腫瘤惡性轉(zhuǎn)化的核心，而這種代謝模式的轉(zhuǎn)變與細(xì)胞中的代謝酶、線粒體蛋白及多種細(xì)胞因子水平相關(guān)。ATP4B 可降低細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位、減少ATP 的生成并使細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）產(chǎn)生增加，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞呼吸鏈生物功能發(fā)生紊亂，進(jìn)而影響癌細(xì)胞的能量代謝［6］。有研究者通過基因本體注釋功能分析發(fā)現(xiàn)，ATP4B 調(diào)控的下游蛋白p53 主要富集在線粒體中，參與糖代謝、脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝、氧化還原反應(yīng)等細(xì)胞能量代謝，胃癌中ATP4B 過表達(dá)可激活p53 并促進(jìn)細(xì)胞色素C 氧化酶-2（SCO2）表達(dá)，通過激活p53/SCO2 通路影響細(xì)胞能量代謝而在胃癌中發(fā)揮作用［11］。p53 作為抑癌基因，主要通過維持細(xì)胞線粒體的完整性、調(diào)節(jié)氧化磷酸化、糖酵解等代謝過程參與腫瘤發(fā)生，腫瘤細(xì)胞中活化的p53 可下調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUT）從而降低細(xì)胞內(nèi)葡萄糖通量，抑制糖酵解并促進(jìn)氧化磷酸化［19］，進(jìn)而逆轉(zhuǎn)癌細(xì)胞的Warburg 效應(yīng)。SCO2 位于線粒體內(nèi)膜上，其功能主要是促進(jìn)氧氣與細(xì)胞色素C 的結(jié)合，驅(qū)動正常的細(xì)胞能量代謝。胃癌中p53 表達(dá)下調(diào)可誘導(dǎo)SCO2 表達(dá)缺失導(dǎo)致線粒體代謝從有氧代謝轉(zhuǎn)變?yōu)闊o氧酵解。動物研究發(fā)現(xiàn)，ATP4A 基因敲除的小鼠胃黏膜發(fā)生萎縮、腺體增生、腸上皮化生及不典型增生等一系列癌前病變改變，其主要機(jī)制是ATP4A 基因表達(dá)下調(diào)后激活PI3K/Akt/mTOR 信號通路，從而上調(diào)其下游靶點因子缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α），增加乳酸脫氫酶A （LDHA）的表達(dá)，啟動Warburg 效應(yīng)［20］。目前無相關(guān)研究證明ATP4B 與PI3K/Akt/mTOR 信號通路的關(guān)系，但ATP4A 和ATP4B 基因功能具有重疊效應(yīng)，兩者均與線粒體能量代謝密切相關(guān)，未來可進(jìn)一步研究ATP4B 基因與此信號通路的關(guān)系，為ATP4B 在胃癌發(fā)生中的機(jī)制提供新的參考方向。

3.2 ATP4B 通過促進(jìn)細(xì)胞凋亡參與胃癌發(fā)生 細(xì)胞凋亡是一種受嚴(yán)格調(diào)控的細(xì)胞自主的程序性死亡過程，是對外界有害刺激和損傷產(chǎn)生的正常生理反應(yīng)，在胚胎生長、組織器官發(fā)育及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定中起著重要的作用［21］。正常情況下，細(xì)胞增殖和凋亡處于一個動態(tài)平衡當(dāng)中，而腫瘤的發(fā)生就是由于兩者之間的平衡被打破，出現(xiàn)細(xì)胞增殖過度和細(xì)胞凋亡逃逸。細(xì)胞凋亡分為內(nèi)源性和外源性兩種途徑，內(nèi)源性凋亡通路受B淋巴細(xì)胞瘤-2（Bcl-2）基因家族調(diào)控［22］。Bcl-2 蛋白可降低細(xì)胞色素C 的釋放進(jìn)而抑制超氧陰離子的產(chǎn)生，對細(xì)胞凋亡起到負(fù)向調(diào)控作用［23］。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，降低胃癌細(xì)胞系中ATP4B 的表達(dá)，細(xì)胞凋亡率顯著下降［11］。另有研究表明，上調(diào)胃癌細(xì)胞中ATP4B 表達(dá)通過增加凋亡蛋白Bax、Bid 生成，同時減少抗凋亡蛋白Bcl-2生成而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗腫瘤作用［6］。

3.3 ATP4B 通過基因調(diào)控參與胃癌發(fā)生 基因調(diào)控是在DNA 水平、轉(zhuǎn)錄水平及翻譯水平上通過調(diào)整基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯及翻譯后修飾過程來控制基因的表達(dá)，以維持生物體的穩(wěn)態(tài)和對外界環(huán)境的的適應(yīng)能力，在腫瘤的發(fā)生過程中基因調(diào)控發(fā)揮關(guān)鍵作用［24］。ATP4B 可能受微小RNA（miRNA）的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制參與胃癌的發(fā)生過程。miRNA 是一類由內(nèi)源基因編碼的長度約為22 個核苷酸的非編碼單鏈RNA 分子，與靶標(biāo)信使RMA（mRNA）的3'端非翻譯區(qū)（3'-UTR）特異性結(jié)合，通過調(diào)節(jié)靶標(biāo)mRNA 的翻譯和降解來影響基因表達(dá)，從而對癌細(xì)胞產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用［25］。已明確恢復(fù)胃癌細(xì)胞和組織中ATP4B 表達(dá)對胃癌發(fā)生具有抑制作用，但其上游調(diào)控機(jī)制并不清楚。在一項生信分析中，利用GEO 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建了miRNA-mRNA-TF 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來鑒定胃癌中差異表達(dá)的miRNA，發(fā)現(xiàn)miR-199a-3p、miR-125b-5p和miR-199a-5p 在胃癌組織中表達(dá)上調(diào)，而miR-125b-5p、miR-199a-5p是ATP4B 的上游調(diào)控因子［26］。胃癌組織中miR-199a-5p 表達(dá)上調(diào)與腫瘤直徑、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和TNM 分期有關(guān)，并通過miR-199a-5p/E-cadherin 通路促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲［27］。另有研究發(fā)現(xiàn)，miR-125b-5p/STAT3 信號軸與胃癌化療耐藥的發(fā)生及胃癌進(jìn)展有關(guān)，可能是尋找癌細(xì)胞耐藥的潛在靶點［28］。miR-181a-5p 對ATP4B 具有負(fù)向調(diào)控作用，通過體內(nèi)體外試驗表明miR-181a-5p 作為ATP4B 的上游調(diào)控因子，可以促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖、細(xì)胞集落形成和細(xì)胞周期轉(zhuǎn)變，并在體外和體內(nèi)增強(qiáng)癌細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移和上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變［29］。以上證據(jù)表明miRNA 對ATP4B 的調(diào)控在胃癌的發(fā)生中具有重要的作用，但具體的調(diào)控機(jī)制及在胃癌發(fā)生中的生物學(xué)作用仍需進(jìn)一步深入探究。

4 ATP4B在胃癌診斷和治療中的作用

胃鏡聯(lián)合活組織學(xué)檢查是目前胃癌診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，但操作具有一定的復(fù)雜性、有創(chuàng)性，受患者自身身體條件的影響較大，患者可接受程度較低，相對而言，血清學(xué)檢查更簡便，患者更容易接受。萎縮性胃炎作為一種癌前病變，需要定期內(nèi)鏡隨訪。血清ATP4B 抗體與胃黏膜萎縮關(guān)系十分密切，相較于ATP4B 自身抗體陰性患者，ATP4B 抗體陽性者更容易出現(xiàn)胃黏膜萎縮和腸上皮化生改變［30］。因此，檢測血清ATP4B 自身抗體水平有助于早期識別胃黏膜癌前病變，加強(qiáng)內(nèi)鏡隨訪有益于提高胃癌的早期檢出率。表觀遺傳藥物可以通過恢復(fù)胃癌細(xì)胞中ATP4B 的表達(dá)發(fā)揮良好的抗腫瘤作用。ATP4B 表達(dá)增加還可以增強(qiáng)化療藥物多西他賽的抗腫瘤效應(yīng)。多西他賽是一類紫杉醇類化合物，通過抑制血管新生，減少細(xì)胞侵襲分子分泌，降低腫瘤標(biāo)志物水平而在晚期胃癌患者中發(fā)揮良好的抗癌效果［31］。

綜上所述，ATP4B 在胃癌中扮演抑癌基因角色參與胃癌的發(fā)生、發(fā)展過程。ATP4B 基因內(nèi)區(qū)域發(fā)生甲基化和乙酰化修飾導(dǎo)致其在胃癌中表達(dá)下調(diào)，胃癌細(xì)胞中ATP4B 表達(dá)缺失后，線粒體能量代謝發(fā)生改變，導(dǎo)致癌細(xì)胞增殖活性、轉(zhuǎn)移性和侵襲力增加從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長及惡性轉(zhuǎn)化。ATP4B 還作為miRNA 的下游調(diào)控因子，受miRNA 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控影響其表達(dá)，參與胃癌的發(fā)生。此外，ATP4B 在胃癌診療過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，ATP4B 表達(dá)下調(diào)與胃黏膜發(fā)育不良及惡性轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，可以作為評估胃萎縮不全的內(nèi)鏡檢查前的一項重要標(biāo)志物。胃癌中ATP4B 過表達(dá)可增加化療藥物對胃癌細(xì)胞的敏感性從而增強(qiáng)抗腫瘤效應(yīng)。但目前，仍缺乏關(guān)于ATP4B 在胃癌發(fā)生中的具體機(jī)制及預(yù)測胃癌發(fā)生潛在價值的大樣本臨床研究。